Development of new non-invasive brain neural circuit imaging: analysis of Fast Intrinsic Optical Signal (FIOS)
| Project/Area Number |
21K15247
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 47020:Pharmaceutical analytical chemistry and physicochemistry-related
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| Research Institution | Tokushima Bunri University |
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Principal Investigator |
冨永 洋子 徳島文理大学, 神経科学研究所, 研究員 (80816538)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | FIOS / 高速内因性シグナル / 神経回路活動ダイナミクス / 非侵襲イメージング / 膜電位応答 |
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| Outline of Research at the Start |
脳の高次機能・病態の理解には神経回路全体としての動作の解明が必須である。申請者は、これまで膜電位感受性色素(VSD)を用いた神経回路活動ダイナミクスの可視化法に携わってきた。蓄積した光計測手法のノウハウを生かし、最近、新たな高速で膜電位応答に近い内因性シグナル（Fast Intrinsic Optical Signal; FIOS）を見出した。本研究ではこのFIOSを用いて新規の非侵襲的な脳神経活動の計測・解析手法を構築することを目的とする。VSDのような化学物質による負荷のない、非侵襲の光計測法を開発することで、光学計測の適用範囲を広げ治療薬の開発などに寄与する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳の高次機能・病態の理解には神経回路全体としての動作の解明が必須である。研究代表者は、これまで膜電位感受性色素(VSD)を用いた神経回路活動ダイナミクスの可視化法に携わってきた。蓄積した光計測手法のノウハウを生かし、新たな高速で膜電位応答に近い内因性シグナル(Fast Intrinsic Optical Signal; FIOS)を見出した。本研究ではこのFIOSを用いて新規の非侵襲的な脳神経活動の計測・解析手法を構築することを目的として研究を進めてきた。VSDのような化学物質による負荷のない、非侵襲の光計測法を開発することで、光学計測の適用範囲を広げ治療薬の開発などの道をひろげたい。 現在までに、特に実績のある齧歯類の海馬脳スライスを用いたVSD実験データを利用してデータ解析・評価方法を検討し、解析用プログラムの開発を重ね、病態モデルマウス、抗てんかん薬や環境ホルモン等に曝露した脳スライスなどを用いた計測において、コントロールマウスと比較して神経回路内のどの部分にどのような変化がおきているのか、評価を行ってきた。
本研究成果については、国内学会(Neuro2022他計8件)、国際学会(Neuroscience 2022他計3件)で発表をおこない、論文として「Stable wide-field voltage imaging for observing neuronal plasticity at the neuronal network level. Biophysics and Physicobiology. (2023)」他、計３本を発表した。2023年度も第46回日本神経科学大会での発表を予定しており、引き続きVSDと同様の計測をFIOSで行なってデータを積み重ね、VSD負荷のないFIOS光計測で神経回路全体の計測・解析・評価を行い、治療薬の開発などに寄与していく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実績のある齧歯類の海馬脳スライスを用いたVSD実験データを利用してデータ解析・評価方法を検討し、解析用プログラムの開発を重ね、病態モデルマウス、抗てんかん薬や環境ホルモン等に曝露した脳スライスなどを用いた計測において、コントロールマウスと比較して神経回路内のどの部分にどのような変化がおきているのか、評価を行ってきた。これまでの成果については、国内学会(Neuro2022(第45回日本神経科学大会・第65回日本神経化学会大会・第32回日本神経回路学会大会 合同大会)他、計8件)、国際学会(Society for Neuroscience 2022(SanDiego)およびMerocyanine 540/FLaSH meeting(MBL)にて計3件)で発表をおこない、論文として「Stable wide-field voltage imaging for observing neuronal plasticity at the neuronal network level. Biophysics and Physicobiology. (2023), e200015. DOI:https://doi.org/10.2142/biophysico.bppb-v20.0015.」他、計３本を発表した。2023年度も第46回日本神経科学大会での発表を予定している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでは特に実績のあるVSD実験データを中心にデータ解析・評価方法を検討し、解析用プログラムの修正を重ね、病態モデルマウスなどを用いた計測において、コントロールマウスと比較して神経回路内のどの部分にどのような変化がおきているのかを評価可能としてきた。同様の計測を継続してFIOSでも行なっていくことにより、VSD負荷のないFIOS光計測においても、神経回路の変化を統計的に評価するなど、FIOSデータ解析を継続する。取得したデータ量は膨大であり、種々の角度からデータを見直し、常にプログラムを開発して、評価解析を行ない、コントロールマウスに対する病態マウスなどの脳神経回路の変化を捉え、統計的に評価可能とする。今後はFIOS変化のメカニズムについてもさらに踏み込んでいきたい。VSDのような化学物質負荷のない状態での計測・データ解析・評価を行うことにより、真に神経回路変化を起こす要因について引き続き検討し、病態に対する治療薬の開発にも寄与したい。
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Report
(2 results)
Research Products
(26 results)
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[Journal Article] A CCR5 antagonist, maraviroc, alleviates neural circuit dysfunction and behavioral disorders induced by prenatal valproate exposure2022
Author(s)
Yasuhiro Ishihara, Tatsuya Honda, Nami Ishihara, Kaede Namba, Makiko Taketoshi, Yoko Tominaga, Mayumi Tsuji, Christoph F. A. Vogel, Takeshi Yamazaki, Kouichi Itoh & Takashi Tominaga
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Journal Title
JOURNAL OF NEUROINFLAMMATION
Volume: 19
Issue: 1
Pages: 195-195
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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